Машина контролирует свою работу

А. Д. Смирнов

При рассмотрении сложных схем цифровых машин, в которых имеются тысячи радиоламп, десятки тысяч сопротивлений, конденсаторов, полупроводниковых элементов, невольно возникает вопрос: а верный ли результат дает машина? Ведь достаточно выйти из строя одному элементу, чтобы машина стала работать неверно. Какие меры принимаются для гарантии правильной, безошибочной работы машины? Как отыскать неисправность в такой сложной машине? Даже опытный радиолюбитель может просидеть больше часа, отыскивая неисправность в приемнике, а ведь машина по объему радиомонтажа соответствует сотням приемников. Кому же поручить контроль за правильностью работы машины?

Самым лучшим решением оказалось “поручить” это самой машине!

Как же машина контролирует свою работу? Во-первых, как правило, все вычисления на машине проводятся по два раза. Оба полученных результата автоматически сравниваются, и только если они совпали, машина переходит к следующему этапу вычислений. Это гарантирует от случайных, единичных ошибок. Систематические ошибки, возникшие от постоянной неисправности, таким путем не обнаружишь: оба результата получатся одинаковыми, но оба неправильными.

Для проверки полной исправности машины на ней время от времени решают небольшие задачи с заранее известным ответом. Называются такие задачи тестами (испытание, проба). Составлены тесты так, чтобы проверялись все узлы какого-нибудь основного устройства машины. Для каждого устройства имеется свой тест. Если тест проходит без остановки, устройство работает правильно; если ответы, получающиеся при решении тест-задачи не сходятся с правильными, машина останавливается, и по месту тест-программы, в котором произошла остановка, можно судить о том, какие устройства и в каком месте испортились.

В момент решения задач стараются не допускать выхода из строя деталей. Ведь радиодеталь, например лампа, редко выходит из строя мгновенно. Сначала она ухудшает свои характеристики, начинает хуже работать в тяжелых режимах, а потом отказывает совсем. Задача состоит в том, чтобы выловить все начавшие портиться детали и заменить их еще до того, как они полностью откажут в работе.

Для этого пускают тест-программу и одновременно задают машине утяжеленный режим работы, например понижая или повышая напряжение на анодах ламп. Ненадежные, подработавшиеся элементы отказывают в работе, их находят и заменяют. Таким образом, заменяя неполноценные элементы, добиваются, чтобы машина устойчиво работала в утяжеленных условиях. Это служит надежной гарантией того, что в нормальных условиях работы в течение нескольких суток ни одна деталь не выйдет из строя. Такая проверка машины называется профилактическим контролем.

Другой путь увеличения надежности работы цифровых машин — это разработка новых, более совершенных конструкций. Новые машины должны быть более быстродействующими, более надежными, меньших размеров, простыми в обслуживании.

В первую очередь заменяют наименее надежные элементы. Электронно-лучевые трубки заменяются более надежными магнитными элементами — ферритами. Обычные радиолампы заменяются полупроводниковыми элементами. Если срок службы радиолампы в электронной машине 5000-7000 часов, то германиевые “лампы” — диоды — могут работать без замены по 40-50 тыс. часов, потребляя притом в десятки раз меньше электроэнергии.

Это — один из путей улучшения машин. Другой исходит из той же особенности, которую мы наблюдали и в моделях. Часто требуется решать большое количество однотипных задач. В таком случае может быть целесообразным изготовление специализированной машины, предназначенной для решения этой задачи. Узлы и блоки, не требующиеся для этой задачи, можно из машины изъять, введя взамен устройства, повышающие эффективность применения машины именно для данной задачи. Во многих случаях такая специализированная машина окажется во много раз проще универсальной машины. Поэтому наряду с универсальными машинами конструируется большое число специализированных машин. Одни из них производят вычисления для предсказания погоды, другие управляют работой станков, третьи выполняют учетно-плановые расчеты, четвертые производят штурманские расчеты на борту самолета, пятые решают большие системы линейных алгебраических уравнений с несколькими сотнями неизвестных (такие системы приходится решать в геодезии и картографии при составлении точных карт местности) и т. д.

В следующей главе будут приведены некоторые примеры применения моделирующих, универсальных цифровых машин и специализированных машин в народном хозяйстве, а также будет кратко рассказано о новом научном направлении — кибернетике и о связи кибернетики с вычислительной техникой.

Глава из книги “Современные математические машины”, М., 1959 г., стр. 88.
Перепечатывается с разрешения автора.